¿Que es el principio de exclusión de Pauli?

Esta misma entrada ha sido vista aquí en varias ocasiones pero, lo que representa, tiene el derecho a que sea divulgada una y otra vez. Se trata de la historia de intrépidos viajeros-aventureros que con su valor, hicieron posible el conocimiento de nuevas tierras y nuevas gentes. Algunos tenían en la mente la existencia de lugares maravillosos y no se paraban a pensar en los peligros que tratar de descubrirlos conlleva. Otros, buscaban tesoros y no pocos salían en busca de las aventuras que esperaban vivir en asombrosas situaciones, lugares y gente que ni podían imaginar.

Parecida era la concepción de la tierra representada en el primer mapamundi griego del que se tienen referencias. Hablan de él y lo describen Heródoto y Estrabón. Lo dibujó Anaximandro (ca. 611-545 a.C.) y sabemos que el mapa abarcaba todo el ámbito de la tierra habitable con todos los mares y ríos conocidos. La tierra, según la representó Anaximandro, era un cilindro oblongo, dos veces más ancho (de Este a Oeste) que alto (de norte a sur). Se distribuía alrededor del mar Mediterráneo y estaba a su vez rodeada por un río-océano. Esta tierra cilíndrica y oblonga estaba habitada únicamente en su disco superior -al que los griegos llamaban ecúmenos, diferenciando la tierra habitada y habitable de la tierra-planeta-, y permanecía libremente suspendida en el centro de una esfera completa que era el cielo. No se caía, porque al ser equidistante de todo, no podía caer hacia ningún lado.

 La concepción del mundo ha sido siempre muy variada para los distintos pueblos

Pasamos a comentar hechos y sobre personajes que, en distintas épocas y partes del mundo, hicieron posible el avance de nuestros conocimientos, todos y todo contribuyó a ello, cada cosa y cada personaje en su medida, y, unificados lo hicieron posible.  Hoy nosotros,  podemos aprender de todo aquello, y podemos saber como llegaron a conseguir los conocimientos que tenemos en muchos aspectos de nuestras experiencias transmitidas por estudiosos de hace muchos siglos.

Aquellos hombres arriesgaban sus vidas por saber, fueron muchos de los clásicos griegos los pertenecientes a este grupo viajero, y, a pesar del riesgo que ello conllevaba, viajaban a lugares lejanos buscando saber de matemáticas o de astronomía.

Por estas aguas del Mediterráneo, en el  Estrecho de Gibraltar, pasaron aquellas embarcaciones milenarias que, en busca de avunturas y para descubrir nuevas tierras, alcanzaron el conocimiento de nuevas civilizaciones y nuevas gentes.

También proliferaban los viajeros guerreros y aventureros.  Los mercaderes y comerciantes, por aquellos tiempos, fueron el ejemplo de hombres viajeros audaces que, buscando fortuna eran capaces de llegar hasta el fin del mundo (como se solía decir entonces).

Los griegos había descubierto el Atlántico en el s. VII a.C., cuando dieron el nombre de columnas de Hércules a la que hoy es el estrecho de Gibraltar.  Según Hecateo, el mundo era básicamente un plato plano y circular, cuyo centro estaba cerca de Troya o de la actual Estambul, y el mar Mediterráneo era una vía de acceso a un océano que circundaba toda la tierra.  A finales del S. VI, en el sur de Italia, un seguidor de Pitágoras propuso la idea de que la tierra era una esfera, una de los diez unidades de ese tipo que giraban alrededor de un fuego ubicado en el centro.  Sócrates y Platón aceptaron la perspectiva pitagórica y el primero llegó a decir que la tierra era plana en apariencia debido a su enorme tamaño.

Los griegos sabían que la tierra firme se extendía desde España hasta la India y había rumores de que incluso más allá.

El primer viajero del que se tiene noticias es Piteas, que vivió en Massalia (la actual Marsella).  Gracias a barqueros que habían recorrido el Ródano y conocido a otros viajeros, los habitantes de Massalia sabían que existía al norte un mar lo suficientemente grande como para contener islas, en las que se producían metales preciosos y una sustancia resinosa de color amarillo oscuro, muy apreciada debido a su belleza, denominada ámbar.  Sin embargo, el Ródano no llegaba hasta este mar y nadie sabía en realidad lo lejos que estaba.

                                                               Aquellos Viajeros cambiaron el Mundo

Hacia el año 330 a.C., unos marineros que regresaban tras viajar al Mediterráneo occidental informaron de que, en esta ocasión, las Columnas de Hércules no estaban siendo defendidas.  Era la oportunidad que los mercaderes de Messalia habían estado esperando:

Se escogió a Piteas para realizar este viaje y se le equipó con una embarcación de unos cuarenta metros de largo (más grande de las que emplearía Colón).  Bordeando el continente, Piteas finalmente alcanzó el norte de Francia y luego, en medio de la niebla y la lluvia, pasó entre Inglaterra e Irlanda en dirección norte hasta llegar a las Orcadas y a continuación fue más allá de los Shetland y las Feroe y se encontró con una tierra en la que, durante el primer día del verano, el Sol permanecía durante veinticuatro horas por encima del horizonte.

Los antiguos griegos asentaban las Columnas de Hercules en el Estrecho de Gibraltar, paso hacia el Mar mayor, hoy Océano Atlántico. Platón mencionaba al historiador Solón para hablar de la ciudad perdida, la Atlántida, uno de los mitos históricos más antiguos. La Civilización floreciente situada en una Isla más allá de las Columnas de Hércules. La historia fue contado por Platón en sus diálogos Timeo y Critias. Pero sigamos con la historia del intrépido Piteas.

Piteas denominó a este lugar Tule, y durante siglos Última Tule se consideró el fin del mundo en esta dirección  (es posible que se tratara de Islandia, Noruega o incluso algunas de los Shettand o las Faroe). Piteas regresó por Dinamarca y Suecia y descubrió un gran mar interior, el Báltico, donde comenzó su búsqueda del País del Ámbar.  En su recorrido, descubrió ríos que fluían de sur a norte (como el Oder y el Vistula) y entendió que a través de ellos las noticias sobre el mar del norte habían llegado al Mediterráneo.

                                          Estas aguas en la antigüedad fueron el testigos mudo de aquellos acontecimientos

Cuando regresó  a casa, muchos se negaron a creer su historia y luego los cartagineses se hicieron con el control de las Columnas de Hércules, cerrando de nuevo el paso del Atlántico.

Por otro lado, los griegos sabían que más allá de Persia había un lugar llamado India.  Habían escuchado relatos fabulosos sobre un rey tan poderoso que podía usar en la guerra mil elefantes, e historias de hombres con cabezas de perro y de gusanos enormes, capaces de arrastrar un buey o un caballo hasta el río para devorarlos allí.

El año 331 a.C., Alejandro Magno comenzó la serie de conquistas que lo llevarían más allá de Persia, hasta Afganistán y el río Indo, en el que encontró a los cocodrilos, los gigantescos gusanos de los que hablaban las leyendas.

                                    ¿Qué lugares contemplarian aquellos viajeros? Son muchos los pueblos que emprendieron viajes sin saber si podrían regresar

Siguió el curso del río hasta llegar al gran océano del que le habían llegado rumores.  Era un hecho: la tierra estaba en verdad ordenada por el mar como los antiguos habían dicho.

Todos los detalles de estos viajes empezaron más tarde a ser reunidos por los estudiosos, especialmente en la famosa biblioteca de Alejandría (ya comentaré algo sobre este tema más adelante), donde Eratóstenes (276-196 a.C.), probablemente el primer geógrafo matemático de la historia y uno de los bibliotecarios más destacadazos de la institución, se propuso crear el mapa más preciso del mundo.  Igualmente, calculó que la circunferencia de la Tierra tenía algo menos de 40.200km.

Eratóstenes de Cirene fue un célebre matemático, astrónomo y geógrafo griego, de origen probablemente caldeo.

Eratóstenes, que también calculó la cantidad de tierra habitable del planeta según el clima y desarrolló el concepto de latitud, lo que le permitió localizar de forma más precisa ciudades como Alejandría misma, Massalia, Asmán y Meroe, que había sido descubierta río arriba.  Más tarde, Hiparlo amplió el trabajo de Eratóstenes, quien hacia 140 a.c., ajustó la circunferencia de la tierra propuesta por su predecesor y trazó líneas de latitud separadas un grado entre y a las que demonio klimata, que es de donde procede nuestra palabra clima.

El primer gran aventurero del Atlántico, después de Piteas, y el primer explorador cristiano de la historia fue el monje irlandés conocido como san Brandán (o Barandán) el Navegante.  Nacido hacia el año 484 cerca de Tralee y ordenado sacerdote en 512, Brandán creció escuchando los relatos de muchos pescadores irlandeses que se habían hecho a la mar y habían regresado con historias sobre unas islas situadas al oeste del país.

Brandán, según cuentan, era hombre decidido y, en compañía de otros dieciséis monjes, allá por el año 539, partió a la búsqueda de la “Tierra prometida de los Santos” en un viaje de los viajes de proporciones épicas.  Fue tal su reputación que, incluso se le atribuyen viajes de otros.

Viajaban guiados por las estrellas y habiendo prestado atención a la migración de las aves, navegaron hacia el oeste durante cincuenta y dos días, tras lo cual llegaron a una isla y desembarcaron en ella.  Allí sólo había un perro para recibirles, pero en cualquier caso, levantaron un refugio y descansaron.  Cuando iban a partir de nuevo, apareció un isleño y les ofreció comida.  Seguidamente encontraron una isla en la que había rebaños de ovejas blanquísimas y arroyos repletos de peces.  Decidieron pasar allí el invierno y fueron acogidos en un monasterio.

La Histortia está llena de historias de viajeros que abrieron nuevos caminos en regiones ignotas.

Continuaron el viaje y visitaron otras islas del Atlántico, como por ejemplo la Isla de los hombres fuertes, que estaba cubierta por una alfombra de flores blancas y púrpuras.  Los monjes también navegaron alrededor de una enorme columna de cristal que flotaba en el océano y pasaron cerca de una isla de “herreros gigantes” que le arrojaron terrones de escoria al rojo vivo.  (Decidieron que ésta era la frontera exterior de infierno).  Otra montaña que vieron más al norte, arrojaba fuego y humo al cielo.

En ningún lugar pudieron hallar la tierra que constituía el objetivo del viaje.  Se especuló mucho, pero nadie sabe a ciencia cierta, qué lugares visitaron.

La historia de los mongoles, escrita por Juan de Plano Carpini, que inició su viaje en la Pascua de 1.245, tuvo un gran éxito y, su viaje y descripción contada en este libro, fue una importante contribución al conocimiento de Oriente.

El interés por Oriente podía advertirse especialmente en Europa en un punto de Italia, Venecia, cuyos mercaderes se habían mantenido vinculados con los comerciantes árabes y musulmanes, que les proporcionaban artículos procedentes de países situados más al este.

Esta fue la razón de que los hermanos Polo, Nicolás y Mateo, decidieran abrirse camino en Asia en 1.260.  Este primer viaje resultó muy fructífero ya que el líder mongol de la época, el gran kublai kan, estaba muy interesado en Europa, y los hermanos Polo regresaron convertidos en sus embajadores.

Marco Polo, uno de los grandes viajeros

En 1.271, cuando los Venecianos regresaron a Oriente, llevaron consigo a Maroc, hijo de Nicolás, que entonces tenía diecisiete años, al que se convertiría en uno de los viajes más épicos de todos los tiempos.

Los Polos siguieron la antigua Ruta de la Sed (cincuenta y dos días de viaje) hasta alcanzar kashgar y Yarkand, en los límites de China.  Desde allí atravesaron el desierto y llegaron finalmente a kambalu (la actual Beijing) donde se había trasladado la capital del kan desde karakorum.  La ciudad fascinó a Marco Polo, que la describe como “más grande de lo que la mente puede imaginar… no menos de mil carruajes y caballos de carga entran en ella diariamente cargados con seda cruda; Grocados y sedas de distintos tipos y colores que se fabrican allí en enormes cantidades.”

Como su padre, Marco era un astuto comerciante, con una profunda sensibilidad para los negocios, y también se convirtió en favorito del Kan.  Durante quince años le sirvió como embajador de China y el Oriente.  De hecho, los Polo sólo regresaron a su ciudad cuando Kublai Kan y el gobernante de Persia hubieron acordado un contrato de matrimonio en el que se establecía el envió a Occidente de una joven prometida.

Con el fin de realizar el acuerdo, se preparó una escolta de catorce naves, de la que formaban parte los Polo.  Las embarcaciones partieron de Ziton (la actual Amoy). En la costa del Pacífico (el cual, pensaban los Polo, daba la vuelta al mundo hasta alcanzar Europa), pero antes de llegar allí los Polos pasaron por Kinsai, la moderna Hangchow, lo que les deparó otra fantástica experiencia:

La ciudad tenía sesenta kilómetros de circunferencia, contaba con diez grandes mercados y tenía doce mil puentes.  “Cada día se comercia en los mercados de kinsai cuarenta y tres cargas de pimienta, cada una de ciento diez kilos.”

Marco Polo escuchó hablar de Cipango (Japón) a los marineros del Convoy, quienes le dijeron que quedaba a unos dos mil cuatrocientos kilómetros del continente (en realidad queda a menos de mil kilómetros de Shangai  y a unos trescientos veinte de Corea).

Cuando los Polo finalmente llegaron a casa, sus amigos les recibieron sorprendidos, pues hacía mucho tiempo que pensaban que estaban muertos.

Marco escribió el relato de sus viajes, La descripción del mundo, pero como al principio nadie creyó en lo que decía, se le apodó, Il Milione debido a los “increíbles cuentos” que narraba (el libro fue dictado a Rustichello de Pisa).  Pese a la incredulidad de algunos de sus contemporáneos, los Polo habían llegado a los confines de Asia y habían conocido un nuevo y vasto océano.

En este pequeño resumen de las aventuras viajeras de Marco Polo, me he saltado la parte más fantástica y me he querido ajustar a los hechos históricos.

emilio silvera

 VENUS: El Planeta Imposible

Mundos inimaginables que tendrán, como en el nuestro, formas de vida de una rica diversidad que ni podemos imaginar

Nuestros sueños de visitar mundos remotos, y, en ellos, encontrar otras clases de vida, otras inteligencias, es un sueño largamente acariaciado por nuestras mentes que, se resisten a estar sólas en un vasto Universo que, poseyendo miles de millones de mundos, también debe estar abarrotado de una diversidad de clases de vida que, al igual que ocurre aquí en la Tierra, pudieran (algunas de ellas) estar haciéndose la misma pregunta: ¿Estaremos sólos en tan inmenso Universo.

“Físicos británicos creen que el bosón de Higgs y su relación con la gravedad puede ser la clave para crear una ecuación única que explique el Universo entero.”

 

 

 

El universo es un lugar tan maravilloso, rico y complejo que el descubrimiento de una teoría final, en el sentido en el que está planteada la teoría de supercuerdas, no supondría de modo alguno el fin de la ciencia ni podríamos decir que ya lo sabemos todo y para todo tendremos respuestas.  Más bien será, cuando llegue, todo lo contrario: el hallazgo de esa teoría de Todo (la explicación completa del universo en su nivel más microscópico, una teoría que no estaría basada en ninguna explicación más profunda) nos aportaría un fundamento mucho más firme sobre el que podríamos construir nuestra comprensión del mundo y, a través de estos nuevos conocimientos, estaríamos preparados para comenzar nuevas empresas de metas que, en este momento, nuestra ignorancia no nos dejan ni vislumbrar. La nueva teoría de Todo nos proporcionaría un pilar inmutable y coherente que nos daría la llave para seguir explorando un universo más comprensible y por lo tanto, más seguro, ya que el peligro siempre llega de lo imprevisto, de lo desconocido que surge sin aviso previo; cuando conocemos bien lo que puede ocurrir nos preparamos para evitar daños.

Algunos dicen que para cuando tengamos una Teoría de Todo, el mundo habrá cambiado, habrá pasado tanto tiempo que, para entonces, la teoría habrá quedado vieja y se necesitará otra nueva teoría más avanzada. Eso significa, si es así, que nunca tendremos una explicación de todo y siempre quedarán cuestiones enigmáticas que tendremos que tesolver. ¡Menos mal!

La búsqueda de esa teoría final que nos diga cómo es el Universo, el Tiempo y el Espacio, la Materia y los elementos que la conforman, las Fuerzas fundamentales que interaccionan con ella, las constantes universales y en definitiva, una formulación matemática o conjunto de ecuaciones de las que podamos obtener todas las respuestas, es una empresa nada fácil y sumamente complicada; la teoría de cuerdas es una estructura teórica tan profunda y complicada que incluso con los considerables progresos que se han realizado durante las últimas décadas, aún nos queda un largo camino antes de que podamos afirmar que hemos logrado dominarla completamente. Se podría dar el caso de que el matemático que encuentre las matemáticas necesarias para llegar al final del camino, aún no sepa ni multiplicar y esté en primaria en cualquier escuela del mundo civilizado. Por otra parte, siempre andamos inventando ecuaciones para todo, que expliquen este o aquel enigma que deseamos conocer.

 

Lo cierto es que, no conocemos el futuro que le espera a la Humanidad pero, tal desconocimiento no incide en el hecho cierto de que siempre estemos tratando de saber el por qué de las cosas y, seguramente, si Einstein hubiera conocido la existencia de las cuatro fuerzas fundamentales, habría podido avanzar algo más, en su intento de lograr esa ecuación maravillosa que “todo” lo pudiera explicar.

Muchos de los grandes científicos del mundo (Einstein entre ellos), aportaron su trabajo y conocimientos en la búsqueda de esta teoría, no consiguieron su objetivo pero sí dejaron sus ideas para que otros continuaran la carrera hasta la meta final. Por lo tanto, hay que considerar que la teoría de cuerdas es un trabajo iniciado a partir de las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein, de la mecánica cuántica de Planck, de las teorías gauge de campos, de la teoría de Kaluza-Klein, de las teorías de… hasta llegar al punto en el que ahora estamos.

La armoniosa combinación de la relatividad general y la mecánica cuántica es un éxito muy importante. Además, a diferencia de lo que sucedía con teorías anteriores, la teoría de cuerdas tiene la capacidad de responder a cuestiones primordiales que tienen relación con las fuerzas y los componentes fundamentales de la naturaleza. Allí, en sus ecuaciones,  aparece el esquivo gravitón implicándo con ello que la teoría contiene implicitamente una teoría cuántica de la Gravedad.

                                                         Ahora, en la nueva etapa del LHC, tratarán de buscar partículas supersimétricas

Igualmente importante, aunque algo más difícil de expresar, es la notable elegancia tanto de las respuestas que propone la teoría de cuerdas, como del marco en que se generan dichas respuestas. Por ejemplo, en la teoría de cuerdas muchos aspectos de la Naturaleza que podrían parecer detalles técnicos arbitrarios (como el número de partículas fundamentales distintas y sus propiedades respectivas) surgen a partir de aspectos esenciales y tangibles de la geometría del universo. Si la teoría de cuerdas es correcta, la estructura microscópica de nuestro universo es un laberinto multidimensional ricamente entrelazado, dentro del cual las cuerdas del universo se retuercen y vibran en un movimiento infinito, marcando el ritmo de las leyes del cosmos.

Lejos de ser unos detalles accidentales, las propiedades de los bloques básicos que construyen la naturaleza están profundamente entrelazadas con la estructura del espacio-tiempo. En nuestro Universo, aunque no pueda dar esa sensación a primera vista, cuando se profundiza, podemos observar que, de alguna manera, todo está conectado, de la misma manera, nuestras mentes son parte del universo y, en ellas, están todas las respuestas.

Claro que, siendo todos los indicios muy buenos, para ser serios, no podemos decir aún que las predicciones sean definitivas y comprobables para estar seguros de que la teoría de cuerdas ha levantado realmente el velo de misterio que nos impide ver las verdades más profundas del universo, sino que con propiedad se podría afirmar que se ha levantado uno de los picos de ese velo y nos permite vislumbrar algo de lo que nos podríamos encontrar, a través de esa fisura parece que se escapa la luz de la comprensión que, en su momento, se podría alcanzar.

          Muchos sueñan con encontrar esa Teoría del Todo

Mientras que la soñada teoría llega, nosotros estaremos tratando de construir ingenios que como el GEO600, el más sensible detector de ondas gravitacionales que existe ( capaz de detectar ínfimas ondulaciones en la estructura del espacio-tiempo ), nos pueda hablar de otra clase de universo. Hasta el momento el universo conocido es el que nos muestran las ondas electromagnéticas de la luz pero, no sabemos que podríamos contemplar si pudiéramos ver ese otro universo que nos hablan de la colisión de agujeros negros…por ejemplo.

GEO 600

La teoría de cuerdas, aunque en proceso de elaboración, ya ha contribuido con algunos logros importantes y ha resuelto algún que otro problema primordial como por ejemplo, uno relativo a los agujeros negros, asociado con la llamada entropía de Bekenstein-Hawking, que se había resistido pertinazmente durante más de veinticinco años a ser solucionada con medios más convencionales. Este éxito ha convencido a muchos de que la teoría de cuerdas está en el camino correcto para proporcionarnos la comprensión más profunda posible sobre la forma de funcionamiento del universo, que nos abriría las puertas para penetrar en espacios de increíble “belleza” y de logros y avances tecnológicos que ahora ni podemos imaginar.

Como he podido comentar en otras oportunidades, Edward Witten, uno de los pioneros y más destacados experto en la teoría de cuerdas, autor de la versión más avanzada y certera, conocida como teoría M, resume la situación diciendo que: “la teoría de cuerdas es una parte de la física que surgió casualmente en el siglo XX, pero que en realidad era la física del siglo XXI“.

Witten, un físico-matemático de mucho talento, máximo exponente y punta de lanza de la teoría de cuerdas, reconoce que el camino que está por recorrer es difícil y complicado. Habrá que desvelar conceptos que aún no sabemos que existen.

Ellos nos legaron parte de las teorías que hoy manejamos en el mundo para tratar de conocer el Universo pero, sigue siendo insuficientes… ¡Necesitamos Nuevas Teorías! que nos lleven al conocimientos más profundos de la realidad en que se mueve la Naturaleza, sólo de esa manera, podremos seguir avanzando.

El hecho de que nuestro actual nivel de conocimiento nos haya permitido obtener nuevas perspectivas impactantes en relación con el funcionamiento del universo es ya en sí mismo muy revelador y nos indica que podemos estar en el buen camino al comprobar que las ecuaciones topológicas complejas de la nueva teoría nos habla de la rica naturaleza de la teoría de cuerdas y de su largo alcance. Lo que la teoría nos promete obtener es un premio demasiado grande como para no insistir en la búsqueda de su conformación final.

La expansión del universo se ha estudiado de varias maneras diferentes, pero la misión WMAP completada en 2003, representa un paso importante en la precisión y los resultados presentados hasta el momento con mayor precisión para saber, en qué clase de Universo estamos, cómo pudo comenzar y, cuál podría ser su posible final. Todo ello, es un apartado más de ese todo que tratamos de buscar para saber, en qué Universo estamos, cómo funcionan las cosas y por qué lo hacen de esa determinada manera y no de otra diferente.

         La relatividad general nos dijo cómo es la geometría del Universo

El universo, la cosmología moderna que hoy tenemos, es debida a la teoría de Einstein de la relatividad general y las consecuencias obtenidas posteriormente por Alexandre Friedmann. El Big Bang, la expansión del universo, el universo plano y abierto o curvo y cerrado, la densidad crítica y el posible Big Crunch.

Un comienzo y un final que abarcará miles y miles de millones de años de sucesos universales a escalas cosmológicas que, claro está, nos afectará a nosotros, insignificantes mortales habitantes de un insignificante planeta, en un insignificante sistema solar creado por una insignificante y común estrella.

                   Pero… ¿somos en verdad tan insignificantes?

Los logros alcanzados hasta el momento parecen desmentir tal afirmación, el camino recorrido por la humanidad no ha sido nada fácil, los inconvenientes y dificultades vencidas, las luchas, la supervivencia, el aprendizaje por la experiencia primero y por el estudio después, el proceso de humanización (aún no finalizado), todo eso y más nos dice que a lo mejor, es posible, pudiera ser que finalmente, esta especie nuestra pudiera tener un papel importante en el conjunto del universo. De momento y por lo pronto ya es un gran triunfo el que estemos buscando respuestas escondidas en lo más profundo de las entrañas del cosmos.

Tengo la sensación muy particular, una vez dentro de mi cabeza, un mensaje que no sé de dónde pero que llega a mi mente que me dice de manera persistente y clara que no conseguiremos descubrir plenamente esa ansiada teoría del todo, hasta tanto no consigamos dominar la energía de Planck que hoy por hoy, es inalcanzable y sólo un sueño.

Sus buenas aportaciones a la Física fueron bien recompensadas de muchas maneras.

En mecánica cuántica es corriente trabajar con la constante de Planck racionalizada,  (ħ = h/2p = 1’054589×10^-34 Julios/segundo), con su ley de radiación (I_v = 2hc^-2v³/[exp(hv/KT)-1]), con la longitud de Planck , con la masa de Planck, y otras muchas ecuaciones fundamentales para llegar a lugares recónditos que, de otra manera, nunca podríamos alcanzar.

Todo lo anterior son herramientas de la mecánica cuántica que en su conjunto son conocidas como unidades de Planck, que como su mismo nombre indica son un conjunto de unidades, usado principalmente en teorías cuánticas de la gravedad, en que longitud, masa y tiempo son expresadas en múltiplos de la longitud, masa y tiempo de Planck, respectivamente. Esto es equivalente a fijar la constante gravitacional (G), como la velocidad de la luz (c), y la constante de Planck racionalizada (ħ) iguales todas a la unidad.  Todas las cantidades que tienen dimensiones de longitud, masa y tiempo se vuelven adimensionales en unidades de Planck. Debido a que en el contexto donde las unidades de Planck son usadas es normal emplear unidades gaussianas o unidades de Heaviside-Lorentz para las cantidades electromagnéticas, éstas también se vuelven adimensionales, lo que por otra parte ocurre con todas las unidades naturales. Un ejemplo de esta curiosidad de adimiensionalidad, está presente en la constante de estructura fina (2pe²/hc) de valor 137 (número adimensional) y cuyo símbolo es la letra griega a (alfa).

Estas unidades de Planck nos llevan a la cosmología del nacimiento del universo y nos proporciona un marco elegante, coherente y manejable mediante cálculos para conocer el universo remontándonos a los primeros momentos más breves posteriores a la explosión o Big Bang. El tiempo de Planck por ejemplo, expresado por , tiene un valor del orden de 10^-43 segundos, o lo que es lo mismo, el tiempo que pasó desde la explosión hasta el tiempo de Planck fue de: 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001 de 1 segundo. En la fórmula, G es la constante universal de Newton, ħ es la constante de Planck racionalizada y c es la velocidad de la luz.

Es una unidad de tiempo infinitesimal, como lo es el límite de Planck que se refiere al espacio recorrido por un fotón (que viaja a la velocidad de la luz) durante una fracción de tiempo de ínfima duración y que es de 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001 de cm.

Hasta tal punto llegan los físicos en sus cálculos para tratar de adecuar los conocimientos a la realidad por medio del experimento. Buscamos incansables…¡las respuestas! Hasta que no podamos tocar con nuestras propias manos esa partícula final…

Sin embargo, cuando hablamos de estas unidades tan pequeñas, no debemos engañarnos. Precisamente, para tratar de llegar hasta esos límites tan profundos se necesitan máquinas que desarrollan inmensas energías: los aceleradores de partículas, que como el Fermilab o el LHC en el CERN, han facilitado a los físicos experimentadores entrar en las entrañas de la materia y descubrir muchos de los secretos antes tan bien guardados. Ahora, disponiendo de 14 TeV, tratán de nbuscar partículas supersimñétricas y el origen de la “materia oscurta”.

Desgraciadamente, aún no se han fabricado aceleradores tan potentes como para poder detectar la partícula de Higgs, esa partícula responsable de proporcionar masa a todas las demás partículas. Y, por supuesto, más lejos queda la posibilidad de que podamos construir un acelerador que pudiera alcanzar la energía de Planck, del orden de 10¹⁹ eV (1 eV = 10^-19 julios) = 1’60210×10^-19. Hoy por hoy, ni nuestra tecnología ni todos los recursos que tenemos disponibles si empleáramos todo el presupuesto bruto de todos los países del globo unidos, ni así digo, podríamos alcanzar esta energía necesaria para comprobar experimentalmente la existencia de “cuerdas” vibrantes que confirmen la teoría de Todo.

Claro que, pudiera ser que, todo se pudiera alcanzar de manera mucho más simple y que, teniéndolo a la vista, no hemos sabido ver. Habrá que agudizar el ingenio para resolver estas y otras cuestiones que, como la de la Velocidad de la Luz, nos tienem atados y bien atados a este granito de arena inmerso en un vasto universo y que, nosotros, llamamos mundo.

emilio silvera

  Siempre tratando de conocer el Universo

El Plasma, ese otro estado de la Materia (el cuarto dicen) que, según sabemos, resulta ser el más abundante del Universo. Todos desde pequeños aprendimos aquellos tres estados de la materia que cantábamos en el patio del centro educativo durante el recreo, donde todos a una gritábamos como papagayos: “Sólido, líquido y gaseoso”. Nada nos decían del Plasma, ese estado que, en realidad, cubre el 99% del estado de la materia en nuestro Universo (bueno, hablamos de la materia conocida, esa que llamamos bariónica y está formada por átomos de Quarks y Leptones). Sospecho que hay otros estados de la materia que nos son desconocidos.

El plasma está en las estrellas, en remanentes ee Supernovas y… ¡en tántos lugares!

Según la energía de sus partículas, los plasmas (como digo), constituyen el cuarto estado de agregación de la materia, tras los sólidos, liquidos y gases. Parqa cambiar de uno al otro, es necesario que se le aporte energía que aumente la temperatura. Si aumentamos de manera conasiderable la temperatura de un gas, sus átomos o moléculas adquieren energía suficiente para ionizarse al chocar entre sí. de modo que a ~ 20.000 K muchos gases presentan una ionización elevada. Sin embargo, átomos y moléculas pueden ionizarse también por impacto electrónico, obsorción de plasma en las nebulosas donde están presentes elementos y moléculas ionizados y donde se producen  reacciones químicas o nucleares y otros procesos.

Aquí podemos contemplar una enorme región ionizada en la Nebulosa del Pelícano. Estrellas nuevas emiten potente radiación ultravioleta que ataca el espesor de la Nebulosa molecular y hace que, el gas se ionice fuertemente creando una luminosidad que “viste” de azul claro todo el contorno que circunda el radio de acción de las estrellas.

Un plasma  es un gas muy ionizado, con igual número de cargas negativas y positivas. Las cargas otorgan al Plasma un comportamiento colectivo, por las fuerzas de largo alcance existente entre ellas. En un gas, cada partícula, independientemente de las demás, sigue una trayectoria rectilinea, hasta chocar con otra o con las grandes paredes que la confinan. En un plasma, las cargas se desvían atraídas o repelidas por otras cargas o campos electromagnéticos externos, ejecutando trayectorias curvilineas entre choque y choque. Los gases son buenos aislantes eléctricos, y los plasmas buenos conductores.

En la Tierra, los plasmas no suelen existir en la naturaleza, salvo en los relámpagos, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%, y en algunas zonas de las llamas. Los plasmas de electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un plasma.  La mayor parte del Universo está formado por materia en estado plasmático (sólo tenemos que pensar en la cantidad de estrellas que existen en las galaxias, en los remanentes supernovas y otros fenómenos físicos que se producen en el Cosmos). La ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las capas superiores de la atmósfera (ver trabajo más abajo), donde produce el fenómeno denominado aurora.

Así que, aunque escasos en la Tierra, el Plasma constituye la materia conocida más abundante del Universo, más del 99%. Abarcan desde altísimos valores de presión y temperatura, como en los núcleos estelares, hasta otros asombrosamente bajos en ciertas regiones del espacio. Uno de sus mayores atractivos es que emiten luz visible, con espectros bien definidos, particulares en cada especie. Algunos objetos radiantes, como un filamento incandescente, con espectro continuo similar al cuerpo negro, o ciertas reacciones químicas productoras de especies excitadas, no son plasmas,  sin embargo, lo son la mayoría de los cuerpos luminosos.

                            Bombilla de incandescencia

Los Plasmas se clasifican según la energía media (o temperatura) de sus partículas pesadas (iones y especies neutras). Un primer tipo son los Plasmas calientes, prácticamente ionizados en su totalidad, y con sus electrones en equilibrio térmico con las partículas más pesadas. Su caso extremo son los Plasmas de Fusión, que alcanzan hasta 10⁸ K, lo que permite a los núcleos chocar entre sí, superándo las enormes fuerzas repulsivas internucleares, y lñograr su fusión. Puede producirse a presiones desde 10¹⁷ Pa, como en los núcleos estelares, hasta un Pa, como en los reactores experimentales de fusión.

Los reactores de fusión nuclear prácticos están ahora un poco más cerca de la realidad gracias a nuevos experimentos con el reactor experimental Alcator C-Mod del MIT. Este reactor es, de entre todos los de fusión nuclear ubicados en universidades, el de mayor rendimiento en el mundo.

Los nuevos experimentos han revelado un conjunto de parámetros de funcionamiento del reactor, lo que se denomina “modo” de operación, que podría proporcionar una solución a un viejo problema de funcionamiento: cómo mantener el calor firmemente confinado en el gas caliente cargado (llamado plasma) dentro del reactor, y a la vez permitir que las partículas contaminantes, las cuales pueden interferir en la reacción de fusión, escapen y puedan ser retiradas de la cámara.

Otros Plasmas son los llamados térmicos, con e ~lectrones y especies pesadas en equilibrio, pero a menor temperatura ~ 10³ – 10⁴ K, y grados de ionización intermedios, son por ejemplo los rayos de las tormentas o las descargas en arcos usadas en iluminación o para soldadura, que ocurren entre 10⁵ y ~ 10² Pa. Otro tipo de Plasma muy diferente es el de los Plasmas fríos, que suelen darse a bajas presiones ( < 10² Pa), y presentan grados de ionización mucho menores ~ 10^-4 – 10^-6. En ellos, los plasmas, nebulosas, gases, elementos, moleculas y electrones pueden alcanzar temperaturas ~ 10⁵ K, mientras iones y neutros se hallan a temperatura ambiente. Algunos ejemplos son las lámparas de bajo consumo y los Plasmas generados en multitud de reactores industriales para producción de películas delgadas y tratamientos superficiales.

El Observatorio Espacial Herschel de la ESA ha puesto de manifiesto las moléculas orgánicas que son la llave para la vida en la Nebulosa de Orión, una de las regiones más espectaculares de formación estelar en nuestra Vía Láctea. Este detallado espectro, obtenido con el Instrumento Heterodino para el Infrarrojo Lejano (Heterodyne Instrument for the Far Infrared, HIFI) es una primera ilustración del enorme potencial de Herschel-HIFI para desvelar los mecanismos de formación de moléculas orgánicas en el espacio. Y, para que todo eso sea posible, los Plasmas tienen que andar muy cerca.

En los Plasmas calientes de precursores moleculares, cuanto mayor es la ionización del gas, más elevado es el grado de disociación molecular, hasta poder constar solo de plasma de electrones y especies atómicas neutras o cargadas; en cambio, los Plasmas fríos procedentes de especies moleculares contienen gran proporción de moléculas y una pequeña parte de iones y radicales, que son justamente quienes proporcionan al Plasma su característica más importante: su altísima reactividad química, pese a la baja temperatura.

En la Naturaleza existen Plasmas fríos moleculares, por ejemplo, en ciertas regiones de las nubes interestelares y en las ionosfera de la Tierra y otros planetas o satélites. Pero también son producidos actualmente por el ser humano en gran variedad para investigación y multitud de aplicaciones.

En un número de la Revista Española de Física dedicado al vacío, el tema resulta muy apropiado pues no pudieron generarse Plasmas estables en descargas eléctricas hasta no disponer de la tecnología necesaria para mantener presiones suficientemente bajas; y en el Universo, aparecen Plasmas fríos hasta presiones de 10 ⁻ ¹⁰ Pascales, inalcanzable por el hombre.

Lo que ocurre en las Nubes moleculares es tan fantástico que, llegan a conseguir los elementos necesarios para la vida prebiótica que, más tarde situados en el planeta y ambiente adecuados,  tras cumplirse las reglas y cubrir los parámetros adecuados, dan lugar al surgir de la vida.

El papel de las moléculas en Astronomía se ha convertido en un área importante desde el descubrimiento de las primeras especies poliatómicas en el medio interestelar. Durante más de 30 años, han sido descubiertas más de 180 especies moleculares en el medio interestelar y gracias al análisis espectral de la radiación. Muchas resultan muy exóticas para estándares terrestres (iones, radicales) pero buena parte de estas pueden reproducirse en Plasma de Laboratorio. Aparte del interés intrínseco y riqueza de procesos químicos que implican, estas especies influyen en la aparición de nuevas estrellas por su capacidad de absorber y radiar la energía resultante del colapso gravitatorio, y de facilitar la neutralización global de cargas, mucho más eficientemente que los átomos.

Su formación en el espacio comienza con la eyección de materia al medio interestelar por estrellas en sus últimas fases de evolución y la transformación de éstas por radiación ultravioleta, rayos cósmicos y colisiones; acabando con su incorporación a nuevas estrellas y Sistemas planetarios, en un proceso cíclico de miles de millones de años.

En las explosiones supernovas se producen importantes transformaciones en la materia que, de simple se transforma en compleja y dan lugar a todas esas nuevas especies de moléculas que nutren los nuevos mundos en los que podemos encontrar elementos como el oro y el platino que han sido creados en sucesos de una magnitud aterradora donde las fuerzas desatadas del Universo han quedado sueltas para transformarlo todo.

El H₂ y otras moléculas diatómicas homonucleares carecen de espectro rotacional. Detectando las débiles emisiones cuadrupolares del H₂ en infrarrojo, se ha estimado una proporción de H₂ frente a H abrumadoramente alto ( ~ 10⁴) en Nubes Interestelares con densidades típicas de ~ 10⁴ partículas /cm³; pero dada la insuficiente asociación radiativa del H para formar H₂, ya mencionada, el H₂ debe producirse en las superficies de granos de polvo interestelar de Carbono y Silicio, con diámetros ~ 1 nm — μm, relativamente abundantes en estas nubes.

Experimentos muy recientes de desorción programada sobre silicatos ultrafríos, demuestran que tal recombinación ocurren realmente vía el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, si bien los modelos que expliquen las concentraciones de H₂ aún deben ser mejorados.

Por otro lado, ciertas regiones de las nubes en etapas libres de condensación estelar presentan grados de ionización ~ 10^-8 – 10^-7 a temperaturas de ~ 10 K. La ionización inicial corresponde principalmente al H₂ para formar H₂ ⁺, que reacciona eficientemente con H₂, dando H₃ ⁺ + H (k = 2• 10^-9 cm³ • s^-1.

El H₃, de estructura triangular, no reacciona con H₂ y resulta por ello muy “estable” y abundante en esas regiones de Nebulosas intelestelares, donde ha sido detectado mediante sus absorciones infrarrojas caracterizadas por primera vez en 1980 en descargas de H₂ en Laboratorio.

La constelación de Orión contiene mucho más de lo que se puede ver, ahí están presentes los elementos que como el H₂ que venimos mencionando, tras procesos complejos y naturales llegan a conseguir otras formaciones y dan lugar a la parición de moléculas significativas como el H₂O o HCN y una gran variedad de Hidrocarburos, que podrían contribuir a explicar en un futuro próximo, hasta el origen de la vida.

La detección por espectroscopia infrarroja de COH⁺ y N₂H⁺, formados en reacciones con H₃ ⁺ a partir de CO y N₂, permite estimar la proporción de N₂/CO existente en esas regiones, ya que el N₂ no emite infrarrojos. Descargas de H₂ a baja presión con trazas de las otras especies en Laboratorio conducen casi instantáneamente a la aprición de tales iones y moléculas, y su caracterización puede contribuir a la comprensión de este tipo de procesos.

Así amigos míos, hemos llegado a conocer (al menos en parte), algunos de los procesos asombrosos que se producen continuamente en el Espacio Interestelar, en esa Nebulosas que, captadas por el Hubble y otros telescopios, miramos asombrados maravilándonos de sus colores y fantásticas figuras arabescas que se forman por el choque del material allí existente con los vientos solares y la radiación de las estrellas radiantes nuevas que, en realidad, llevan mensajes que nos están diciendo el por qué se producen y que elementos son los causantes de que brillen deslumbrantes cuando la radiación estelar choca de lleno en esas nubes en la que nacen las estrellas y los nuevos mundos…y, si me apurais un poco, también la vida.

emilio silvera